JP2020034354A - 障害物検知システム - Google Patents
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Abstract
Description
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、作業車両に搭載される障害物検知システムにおいて、地表面が濡れている等の理由で測距部の検出結果を用いた実測基準面の検出ができない場合であっても、障害物を継続して検知可能な技術を提供する点にある。
周囲の測距点までの距離を測定する測距部と、
前記測距部の測定結果に基づいて所定の障害物検知領域内にある障害物を検知する障害物検知部と、を備えた障害物検知システムであって、
前記障害物検知部が、設定基準面を設定する基準面設定処理を実行すると共に、当該設定基準面からの前記測距点の高さに基づいて前記障害物を検知し、
前記基準面設定処理において、前記測距部の測定結果を用いて地表面に対応する測距点を実測基準面として検出できた場合には、当該実測基準面を前記設定基準面に設定すると共に、当該実測基準面の検出ができない場合には、予め定められた仮想基準面を前記設定基準面に設定する点にある。
従って、本発明により、作業車両に搭載される障害物検知システムにおいて、地表面が濡れている等の理由で測距部の検出結果を用いた実測基準面の検出ができない場合であっても、障害物を継続して検知可能な技術を提供することができる。
この自動走行システムにおいては、図1に示すように、本発明に係る作業車両としてトラクタ1を適用しているが、トラクタ以外の、乗用田植機、コンバイン、乗用草刈機、ホイールローダ、除雪車等の乗用作業車両、及び、無人草刈機等の無人作業車両を適用することができる。
(HST)、又は、ベルト式無段変速装置等を採用することができる。パワーステアリング機構14には、電動モータを備えた電動式のパワーステアリング機構14等を採用してもよい。
及び、予め設定された自動走行用の目標走行経路P(例えば、図3参照)等を記憶する不揮発性の車載記憶部185等を有している。
から送信された電波を受信するGPSアンテナ24,61、及び、トラクタ1と基準局4との間における測位データを含む各種情報の無線通信を可能にする通信モジュール25,62等が備えられている。これにより、衛星航法装置22は、トラクタ側のGPSアンテナ24がGPS衛星71からの電波を受信して得た測位データと、基地局側のGPSアンテナ61がGPS衛星71からの電波を受信して得た測位データとに基づいて、トラクタ1の現在位置及び現在方位を高い精度で測定することができる。また、測位ユニット21は、衛星航法装置22と慣性計測装置23とを備えることにより、トラクタ1の現在位置、現在方位、姿勢角(ヨー角、ロール角、ピッチ角)を高精度に測定することができる。
図3では、矩形状の走行領域Sが特定された例を示している。
中央領域R1に後続してトラクタ1を周回方向に自動走行させて所定の作業を行う周回作業領域となっている。走行経路生成部53は、例えば、車体データに含まれる旋回半径やトラクタ1の前後幅及び左右幅等から、トラクタ1を圃場の畔際で旋回走行させるために必要となる旋回走行用のスペース等を求めている。走行経路生成部53は、中央領域R1の外周に求めたスペース等を確保するように、走行領域S内を中央領域R1と外周領域R2とに区分けしている。
経路データには、目標走行経路Pの方位角、及び、目標走行経路Pでのトラクタ1の走行形態等に応じて設定された設定エンジン回転速度や目標走行速度、等が含まれている。
及び、ロータリ耕耘装置等の作業装置12の作動を自動制御する作業用自動制御、等が含まれている。
逆に、手動走行状態にて走行している途中に、手動走行状態から自動走行状態に切り替えることができる。手動走行状態と自動走行状態との切り替えについては、例えば、運転席39の近傍に、自動走行状態と手動走行状態とに切り替えるための切替操作部を備えることができるとともに、その切替操作部を携帯通信端末3の表示部51に表示させることもできる。また、車載電子制御ユニット18による自動走行制御中に、ユーザがステアリングホイール38を操作すると、自動走行状態から手動走行状態に切り替えることができる。
前ライダーセンサ101は、図1及び図7に示すように、キャビン10の前面側の上部位置に配置されたアンテナユニット80の底部に取り付けられているので、先ず、アンテナユニット80の支持構造について説明し、次に、アンテナユニット80の底部への前ライダーセンサ101の取り付け構造を説明する。
アンテナユニット支持ステー81は、図7に示すように、その左右両端側部位が下方側に湾曲されたブリッジ状に形成されている。アンテナユニット支持ステー81の左右両端部が、第1取付プレート201を介して、ミラー取付用ブラケット47の上端側部位に固定連結されている。図6及び図7に示すように、ミラー取付用ブラケット47の上端側部位には、水平面状の取付面が形成され、第1取付プレート201の下端側部位にも、水平面状の取付面が形成されている。両取付面を上下に重ね合わせる状態でボルトナット等の連結具50にて締結することで、アンテナユニット支持ステー81が水平方向に延びる姿勢で固定連結されている。アンテナユニット80は、アンテナユニット支持ステー81及びミラー取付部45を介して、キャビンフレーム31を構成する前側支柱36に支持されているので、アンテナユニット80への振動の伝達等を防止しながら、アンテナユニット80が強固に支持されている。
アンテナユニット80を非使用位置にてアンテナユニット支持ステー81に取り付けることができる。
ルーフ35の最高部位35aを通る最高位線Zよりもアンテナユニット80の一部が上方側に突出しており、通信モジュール25のアンテナをより上方側に配置させることができ、通信モジュール25の無線通信を適切に行えるようにしている。それに対して、アンテナユニット80を非使用位置にて取り付けた状態では、図9(b)に示すように、アンテナユニット80の上端部を最高位線Zと同じ高さ位置又は最高位線Zよりも低い位置に配置させている。これにより、トラクタ1を輸送する際やトラクタ1を納屋等の収納箇所に収納する際に、アンテナユニット80が最高位線Zよりも上方側に突出することなく、アンテナユニット80が邪魔になったり、障害物等への接触によるアンテナユニット80の破損等が生じるのを防止することができる。
(図9(b)参照)よりも低い位置に配置させている。これにより、トラクタ1を輸送する際やトラクタ1を納屋等の収納箇所に収納する際に、アンテナユニット80だけでなく、前ライダーセンサ101も最高位線Zよりも上方側に突出するのを防止している。
後ライダーセンサ102は、図5及び図10に示すように、走行機体7の左右方向においてキャビン10の全長に亘るパイプ状のセンサ支持ステー301に取り付けられている。後ライダーセンサ102は、走行機体7の左右方向においてキャビン10の中央部に相当する位置に配置されている。
左右方向で第8取付プレート208の左右の取付面部208aにて挟み込まれる状態で取り付けられている。第7取付プレート207の前方側部位には、補強プレート302が連結具等により固定連結されている。補強プレート302の前方側部位がルーフ35の上面部に連結具50により固定連結されている。補強プレート302は、左右方向の両側端部を上方側に折り曲げた起立壁を有するU字状で前後方向に延びており、ルーフ35と第7取付プレート207及びセンサ支持ステー301とに亘る状態で備えられている。
乗降ステップ41(図1参照)よりも高い位置で、ルーフ35に相当する位置に配置されている。後ライダーセンサ102は、後方側部位ほど下方側に位置する後下がり姿勢にてセンサ支持ステー301に取り付けられている。後ライダーセンサ102は、走行機体7の後方側を斜め上方側から見下ろす状態で測定するように備えられている。センサ支持ステー301は、走行機体7の前後方向でルーフ35の後端部位35cの近傍位置で、且つ、上下方向でルーフ35の後端部位35cと重複する位置に配置されているので、後ライダーセンサ102は、ルーフ35の後端部位35cに対して略同じ高さ又はそれよりも後方斜め上方側の近傍位置に配置されている。これにより、図11に示すように、運転席39に着座する搭乗者Tの視線から、後ライダーセンサ102の少なくとも一部がルーフ35の後端部位35cと重複することになる。後ライダーセンサ102の配置位置は、ルーフ35の後端部位35cにて後ライダーセンサ102の少なくとも一部が隠れる位置となっている。運転席39に着座する搭乗者Tにおいて、後方側の視認可能範囲B2から後ライダーセンサ102の一部が外れる位置に存在しており、運転席39に着座する搭乗者Tの視界が後ライダーセンサ102にて遮られるのを抑制することができる。
後ライダーセンサ102への振動の伝達等を防止しながら強固に支持されている。
前ライダーセンサ101は、図12に示すように、左右方向における左右測距範囲C1を有しているとともに、図11に示すように、上下方向における上下測距範囲C2を有している。これにより、前ライダーセンサ101は、自己から第1設定距離X1(図12参照)だけ離れた位置までの範囲において、左右測距範囲C1と上下測距範囲C2に含まれる上下、左右及び前後の四角錐形状の測距範囲Cが設定されている。
実際に前ライダーセンサ101による測定を行い、そのときの測定情報から生成した距離画像を、トラクタ1の表示部や携帯通信端末3の表示部51等の表示装置に表示させる。ユーザ等が、表示装置の距離画像を確認しながら、表示装置を操作することで、障害物としての検知を行わないマスキング範囲Lを設定している。図13に示すように、距離画像上に、ボンネット8の一部、及び、前輪5の一部が存在していると、そのボンネット8の一部が存在する範囲La、及び、前輪5の一部が存在する範囲Lbを含む基準範囲に基づいて、マスキング範囲Lを設定している。前輪5は、図13中点線にて示すように、ステアリングホイール38やパワーステアリング機構14等の操作によって左右に操舵されるので、前輪5が左右に操舵される操舵範囲も含むように、マスキング範囲Lを設定するのが好ましい。
後ライダーセンサ102は、前ライダーセンサ101と同様に、図12に示すように、左右方向における左右測距範囲D1を有しているとともに、図11に示すように、上下方向における上下測距範囲D2を有している。これにより、後ライダーセンサ102は、自己から第3設定距離X3(図12参照)だけ離れた位置までの範囲において、左右測距範囲D1と上下測距範囲D2に含まれる上下、左右及び前後の四角錐形状の測距範囲Dが設定されている。ちなみに、X1とX3は、同じ距離に設定したり、異なる距離に設定することもできる。
後ライダーセンサ102から下降位置に位置する作業装置12の後上部に向かう第2接線G2よりも下方側に位置する直線に設定されている。上下測距範囲D2は、第7境界線E7と第8境界線E8との間の第2中心線F2が、上昇位置の作業装置12(図11中点線にて示す)よりも上方側に位置するように設定されており、上昇位置の作業装置12の上方側に十分な大きさの障害物検知領域を確保している。第8境界線E8を第2接線G2よりも下方側に設定することで、下降位置の作業装置12の後方側端部の近傍位置等に物体や人等の測距点が存在していても、その測距点を測定可能としている。
ちなみに、マスキング範囲Lは、前後方向、左右方向及び上下方向の3次元での範囲に設定されている。マスキング範囲Lについては、例えば、作業装置12が存在する範囲Lcだけを含むように、作業装置12の形状に応じた形状に設定することもでき、マスキング範囲L1,L2をどのような範囲及び形状とするかは適宜変更が可能である。
ソナーユニット103,104は、投射した超音波が測距点に当たって跳ね返ってくるまでの往復時間から測距点までの距離を測定するように構成されている。
ソナーユニット103,104は、左右に備えられているが、トラクタ1が前進走行する場合もトラクタ1が後進走行する場合も、障害物検知部110は、左右両側のソナーユニット103,104の全ての測定情報に基づいて障害物検知処理を行う。
図20に示すように、ある測距点で計測された直線距離dを基準に、その測距点の周囲にある複数の測距点の夫々の直線距離d1〜d8が参照され、これら周囲にある複数の測距点の夫々の直線距離d1〜d8のうち、基準となる測距点の直線距離dとの差分が所定範囲内にある個数が計測される。そして、その個数が所定個数(例えば2個)以下である場合には、基準となる測距点の直線距離dが微小な雨や虫やノイズ等によるものであると言える。このことを利用して、単独測距点削除処理では、このような測距点が上記単独測距点であると判定される。尚、このように単独測距点であると判定された測距点については、後の障害物検知において障害物であると判定されることを回避するべく、その測距点が有する測距データが削除され、障害物検知には使用されないデータ無しの測距点として取り扱われる。
図18を参照して、ライダーセンサ101,102で測定された直線距離が所定の第1設定距離b1(例えば30cm)から当該第1設定距離b1よりも大きい所定の第2設定距離b2(例えば200cm)までの範囲内であるとともに、ライダーセンサ101,102で受光された反射光の強度が所定の設定強度a(例えば270digit)未満である測距点については、障害物ではなくトラクタ1の周囲の空気中に浮遊する浮遊物である可能性が高いといえる。よって、浮遊物判定処理では、このような測距点が浮遊物であると判定される。
尚、このように浮遊物であると判定された測距点については、後の障害物検知において障害物であると判定されることを回避するべく、その測距点が有する測距データが削除され、障害物検知には使用されないデータ無しの測距点として取り扱われる。
図18を参照して、ライダーセンサ101,102で測定された距離が所定の第1設定距離b1(例えば30cm)未満である測距点については、ライダーセンサ101,102に付着した汚れである可能性が高い。よって、汚れ判定処理では、このような測距点がライダーセンサ101,102の汚れであると判定される。
グリッドマップは、図21に示すように、ライダーセンサ101,102から延びる境界線E2,E5と境界線E1,E6との間の左右測距範囲C1,D1(図12参照)に対応する範囲を、所定の分解能で分割したものとして構成されている。例えば、ライダーセンサ101,102の左右角度の分解能は2°とされ、ライダーセンサ101,102からの距離の分解能は25cmとされている。そして、グリッドマップ中の各グリッドは、複数の測距点で構成されたものとなり、それら同じグリッドに含まれる複数の測距点のうちの最も大きい高さデータが、当該グリッドの高さデータとされる。また、このようなグリッドマップは、ライダーセンサ101,102の所定の測定時間間隔(例えば0.1sec)毎に生成される。
この基準面設定処理では、地表面に対応するグリッドが実測基準面として検出される。例えば、グリッドマップが参照されて、例えばライダーセンサ101,102の設置レベル(高さ)よりも所定幅以上低いグリッドを実測基準面として検出することができる。
つまり、後述するように、障害物候補であるか否かの判定対象とするグリッドの周囲に位置する複数のグリッドにおいて、ライダーセンサ101,102の設置レベルよりも所定幅以上低いグリッドが存在すると、そのグリッドの高さが実測基準面に相当するとして、当該実測基準面が検出されることになる。
この障害物検知処理では、グリッドマップを構成する各グリッドにおいて、設定基準面からのグリッドの高さに基づいて障害物が検知される。具体的には、設定基準面からの高さが所定の障害物判定高さ以上となるグリッドが障害物として検出される。
図22に示すように、障害物として判定されたグリッド(図22において網掛けされたグリッド)が複数隣接配置されている場合には、当該隣接する複数のグリッドが同一の障害物O1,O2,O3であると判定される。そして、夫々の障害物O1,O2,O3の平面視での図心位置(重心位置)pが求められ、その図心位置pが、夫々の障害物O1,O2,O3の位置として認識される。尚、図心位置pの求め方については、従来の方法を採用することができ、例えば、障害物O1,O2,O3を構成する各グリッドの所定の原点における断面一次モーメントの合計を計算し、その断面一次モーメントの合計を全断面積で割った値が原点から図心位置pまでの距離となることを利用して、図心位置pを求めることができる。
尚、上記死角範囲は、図12を参照して、ボンネット下部のように測定光が遮られて届かない範囲や、車輪周辺部などのように第3障害物検知領域J3よりもトラクタ1に近い範囲であって左右測距範囲C1、D2よりも外側であることで測定光が届かない範囲となる。
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
例えば、作業車両は、エンジン9と走行用の電動モータとを備えるハイブリット仕様に構成されていてもよく、また、エンジン9に代えて走行用の電動モータを備える電動仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両は、走行部として、左右の後輪6に代えて左右のクローラを備えるセミクローラ仕様に構成されていてもよい。
例えば、作業車両は、左右の後輪6が操舵輪として機能する後輪ステアリング仕様に構成されていてもよい。
101、102 ライダーセンサ(測距部)
110 障害物検知部(障害物検知部)
111 衝突回避制御部(衝突回避制御部)
J 障害物検知領域
O 障害物
Claims (4)
- 作業車両に搭載され、
周囲の測距点までの距離を測定する測距部と、
前記測距部の測定結果に基づいて所定の障害物検知領域内にある障害物を検知する障害物検知部と、を備えた障害物検知システムであって、
前記障害物検知部が、設定基準面を設定する基準面設定処理を実行すると共に、当該設定基準面からの前記測距点の高さに基づいて前記障害物を検知し、
前記基準面設定処理において、前記測距部の測定結果を用いて地表面に対応する測距点を実測基準面として検出できた場合には、当該実測基準面を前記設定基準面に設定すると共に、当該実測基準面の検出ができない場合には、予め定められた仮想基準面を前記設定基準面に設定する障害物検知システム。 - 前記基準面設定処理において、現時点までの所定期間での前記実測基準面の検出頻度が所定の設定頻度以上である場合には、当該検出された実測基準面を前記設定基準面に設定し、前記実測基準面の検出頻度が前記設定頻度未満である場合には、当該実測基準面の検出ができないと判定して前記仮想基準面を前記設定基準面に設定する請求項1に記載の障害物検知システム。
- 前記障害物検知部が、前記設定基準面からの高さが所定の障害物判定高さ以上となる測距点を前記障害物として検知する請求項1又は2に記載の障害物検知システム。
- 前記障害物検知部が、前記障害物検知領域を複数のグリッドに分割し、当該複数のグリッドの夫々を判定対象に順次設定し、当該判定対象に設定したグリッドについてその周囲のグリッドに対して設定された前記設定基準面からの高さに基づいて前記障害物であるか否かを判定する請求項1〜3の何れか1項に記載の障害物検知システム。
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